JP2002194917A - フレームの耐震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震によって、耐震壁を含む建物のフレーム
に曲げ変形と回転運動とが生じたときに耐震壁の脚部の
圧縮歪みが集中するコーナー部分が受ける力を低減する
こと。 【解決手段】 耐震壁からなる第１の垂直部材（１４）
と、第１の垂直部材の両側にそれぞれ位置する、柱また
は耐震壁からなる２つの第２の垂直部材（１６）とを有
するフレーム（１０）の耐震構造である。耐震構造（１
２）は、第１の垂直部材に連なる第１の片持ち梁（２
０）および各第２の垂直部材に連なる第２の片持ち梁
（２２）であって互いに上下に部分的に重なり合う第１
の片持ち梁および第２の片持ち梁と、第１および第２の
両片持ち梁（２０，２２）を相対移動可能に連結する速
度比例減衰型のダンパー（２４）および各第２の垂直部
材と各第２の片持ち梁とを連結する履歴減衰型のダンパ
ー（２６）であって各第２の垂直部材（１６）に対する
各第２の片持ち梁（２２）の折れ曲がりを許す履歴減衰
型のダンパーとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物におけるフレ
ームの耐震構造、特に、複数の階層にわたって上下に伸
びるいわゆる連層耐震壁とこの両側に位置する２つの柱
とを含むフレームの耐震構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】地震のために建物が水平力を受けると
き、垂直状態にあるフレームの連層耐震壁およびその両
側の柱に曲げ変形が生じ、さらに、これらの各脚部のコ
ーナー部分近傍を中心とする回転運動が生じ、前記連層
耐震壁および両柱は傾斜する。

【０００３】このとき、連層耐震壁と両柱とを接続する
梁を介して、両柱はそれぞれ上方向の軸力（引き抜き
力）および下方向の軸力（圧縮力）を受け、また、連層
耐震壁はその両側部においてそれぞれこれらの力と同一
大きさの下方向軸力および上方向軸力を受ける。したが
って、連層耐震壁に働く上下両方向の軸力は相殺され
る。

【０００４】ところで、一般的に、耐震壁は柱と比べて
大きい幅寸法を有する。このため、連層耐震壁がその曲
げ変形および回転運動を伴って傾斜するとき、その脚部
のコーナー部分近傍に、柱に比べて大きな圧縮歪が生
じ、損傷を生じるおそれがある。

【０００５】この間の事情は、各階層ごとに設けられる
耐震壁とその両側の柱とを含むフレーム、あるいは、連
層耐震壁とその両側に配置される他の耐震壁または柱と
を含むフレームについても同様である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、地震
によって、耐震壁を含む建物のフレームに曲げ変形と回
転運動とが生じたときに耐震壁の脚部の圧縮歪みが集中
するコーナー部分が受ける力を低減することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、耐震壁からな
る第１の垂直部材と、該第１の垂直部材の両側に位置す
る、柱または耐震壁からなる２つの第２の垂直部材とを
有するフレームの耐震構造であって、前記第１の垂直部
材に連なる第１の片持ち梁および各第２の垂直部材に連
なる第２の片持ち梁であって互いに上下に部分的に重な
り合う第１の片持ち梁および第２の片持ち梁と、前記第
１の片持ち梁と前記第２の片持ち梁とを相対移動可能に
連結する速度比例減衰型のダンパーおよび各第２の垂直
部材と各第２の片持ち梁とを連結する履歴減衰型のダン
パーであって各第２の垂直部材に対する各第２の片持ち
梁の折れ曲がりを許す履歴減衰型のダンパーとを含む。

【０００８】前記履歴減衰型のダンパーは、各第２の片
持ち梁内をその伸長方向へ伸びかつ該第２の片持ち梁に
対して伸縮可能である部分を有する超弾性合金製の複数
の線材、好ましくはプレストレス導入の線材からなり、
また、前記速度比例減衰型のダンパーは粘性ダンパーま
たは粘弾性ダンパーからなるものとすることができる。

【０００９】

【発明の作用および効果】本発明によれば、地震のため
に建物が水平力を受けてそのフレームに変形が生じ、各
垂直部材に傾斜（曲げ変形および回転運動）が生じると
き、傾斜方向の側と反対の側である一方の第２の垂直部
材の側において、第１および第２の両片持ち梁が、粘弾
性ダンパーや粘弾性ダンパーのような速度比例減衰型ダ
ンパーによる連結の下、互いに離れる方向へ相対移動す
る。このため、第１および第２の両片持ち梁を介した、
第１の垂直部材および一方の第２の垂直部材の相互作用
に基づくこれらの軸力、すなわち第１の垂直部材の一方
の側部（前記傾斜方向の側と反対の側における側部）軸
力および第２の垂直部材の軸力の増大が防止される。

【００１０】また、前記傾斜方向の側である他方の第２
の垂直部材の側においては、上位にある第１の片持ち梁
が下位にある第２の片持ち梁に突き当たりこれに押圧力
を及ぼす。この押圧力を受ける第２の片持ち梁は、超弾
性合金製の線材のような履歴減衰型のダンパーによる連
結の下、前記押圧力に抵抗しつつ前記他方の第２の垂直
部材に対して下方へ折れ曲がる。このため、第１および
第２の両片持ち梁を介した、第１の垂直部材および他方
の第２の垂直部材の相互作用に基づくこれらの軸力、す
なわち第１の垂直部材の他方の側部（前記傾斜方向の側
における側部）軸力および第２の垂直部材の軸力の増大
を図ることができる。

【００１１】その結果、第１の垂直部材である耐震壁の
他方の側部に働く上方向軸力がその一方の側部に働く下
方向軸力を上回り、このため耐震壁は引き上げ力を受
け、該耐震壁の脚部の圧縮力が集中するコーナー部分が
受ける下方向力（圧縮力）が低減され、その損壊が防止
される。

【００１２】フレームの傾斜時、履歴減衰型ダンパー
は、また、前記押圧力を受けて折れ曲がる第２の片持ち
梁に対して抵抗力を付与し、第１の垂直部材（耐震壁）
および他方の第２の垂直部材の軸力増大に寄与する。履
歴減衰型ダンパーとして前記超弾性合金製の線材を用い
る場合、これらの線材の一部が第２の片持ち梁が折れ曲
がるときに引き延ばされ、第１の片持ち梁はこのときの
引き延ばしに対する抵抗を受ける。また、このとき、履
歴減衰型ダンパーおよび速度比例減衰型ダンパーはそれ
ぞれの作動により地震エネルギの吸収に寄与する。

【００１３】さらに、履歴減衰型ダンパーは、各垂直部
材が元の垂直状態に戻るとき、折れ曲がり状態にある第
２の片持ち梁に対してこれが元の水平状態に戻るように
作用する。履歴減衰型ダンパーがプレストレス導入の線
材からなるときは、該線材の履歴の開始点を変更し、履
歴による消費エネルギの増大を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、複数の階層を
有する建物のフレーム１０と、これに適用された本発明
の耐震構造１２とが概略的に示されている。

【００１５】フレーム１０は、床スラブ１８により規定
された複数の階層にわたって上下に伸びる鉄筋コンクリ
ート製のいわゆる連層耐震壁（第１の垂直部材）１４
と、該連層耐震壁の両側にこれと間隔をおいて配置され
た２つの柱（第２の垂直部材）１６とを有する。

【００１６】連層耐震壁１４と各柱１６とは、後述する
ように、本発明の耐震構造の一部をなす、第１の片持ち
梁２０および第２の片持ち梁２２とダンパー２４，２６
とを介して互いに接続されている。

【００１７】本発明の耐震構造１２が適用されるフレー
ムは、図示の例のほか、柱１６の代わりに他の連層耐震
壁を有するもの、連層耐震壁１４の代わりに各階層ごと
に設置される耐震壁を有するものであってもよい。ま
た、連層耐震壁１４または各階層ごとの耐震壁は、図示
の例のような壁板のほか、例えば、単一の柱状部材や、
互いに間隔を置かれた２つの柱状部材とこれらの柱状部
材を互いに連結する、上下に互いに間隔をおいて配置さ
れた複数の連結部材とからなるものであってもよい。

【００１８】耐震構造１２は、連層耐震壁（以下、単に
「耐震壁」という。）１４から水平に伸びる片持ち梁
（第１の片持ち梁）２０および各柱１６から水平に伸び
る片持ち梁（第２の片持ち梁）２２であって互いに上下
に部分的に重なり合う第１の片持ち梁および第２の片持
ち梁と、第１および第２の両片持ち梁２０，２２を相互
に連結する速度比例減衰型のダンパー２４と、各第２の
垂直部材１６と各第２の片持ち梁２２とを相互に連結す
る履歴減衰型のダンパー２６（図２参照）とを含む。

【００１９】したがって、耐震壁１４と一方（図１で見
て左方）の柱１６とが１組の構成部材（第１の片持ち梁
２０，第２の片持ち梁２２、速度比例減衰型のダンパー
２４および履歴減衰型のダンパー２６）により互いに接
続され、また、耐震壁１４と他方（図１で見て右方）の
柱１６とが他の１組の構成部材２０〜２６により互いに
接続されている。

【００２０】２組の構成部材２０〜２６は、それぞれ、
任意の同一の高さ位置または任意の異なる高さ位置に配
置することができる。

【００２１】好ましくは、より高い耐震効果を得るた
め、図示の例のように、４組以上の構成部材２０〜２６
を配置する。

【００２２】第１および第２の両片持ち梁２０，２２
は、それぞれ、鉄筋コンクリート製のそれからなる。第
１の片持ち梁２０は第２の片持ち梁２２の上位に位置す
る。

【００２３】速度比例減衰型のダンパー２４は、第１お
よび第２の両片持ち梁２０，２２をこれらが相対移動可
能であるように連結している。連結箇所は任意に定める
ことができる。図示の例では両片持ち梁２０，２２の互
いに重なり合う先端部同士が互いに連結されている。

【００２４】速度比例減衰型のダンパー２４は、例えば
粘弾性ダンパー（図３参照）からなる。

【００２５】粘弾性ダンパー２４は、水平方向へ互いに
間隔をおいて配置された一対の平行な鋼板部材２８と、
両鋼板部材２８間にこれらと平行に配置された鋼板部材
３０と、２つの鋼板部材２８，３０間にそれぞれ配置さ
れた軟らかいゴムのような剛性の低い板状の粘弾性体３
２とからなるサンドイッチ構造を有し、両粘弾性体３２
はそれぞれ両鋼板部材２８に接しかつ接着されており、
また、鋼板部材３０の両面に接しかつ接着されている。
したがって、鋼板部材３０は両粘弾性体３２および両鋼
板部材２８に対して相対的に移動可能である。

【００２６】粘弾性ダンパー２４は、両鋼板部材２８に
おいて、第１の片持ち梁２０の先端面に固定されてお
り、また、鋼板部材３０において、第２の片持ち梁２２
の先端部の頂面に固定されている。

【００２７】他方、履歴減衰型のダンパー２６は、例え
ば、超弾性合金製の複数の線材（以下「線材」とい
う。）からなる。線材２６は、各第２の片持ち梁２２内
をその伸長方向へ伸び、かつ、第２の片持ち梁２２に対
して伸縮可能である部分を有する。

【００２８】図示の例では、線材２６が第２の片持ち梁
２２の引張り側主筋である上端筋として用いられてい
る。各上端筋の一端部３４は各柱１６に埋め込まれかつ
固定され、その他端部３６は固定金具３８を介して第２
の片持ち梁２２の先端部の端面に固定され、また、両端
部３４，３６間の中間部４０は第２の片持ち梁２２内に
埋め込まれその長手方向へ伸びるシース管（図示せず）
内を貫通している。したがって、この例では、中間部４
０が第２の片持ち梁２２に対して伸縮可能な部分であ
る。

【００２９】これに代えて、線材２６の両端部３４，３
６をそれぞれ柱１６および第２の片持ち梁２２に埋め込
みかつ固定し、中間部４０を同様に第２の片持ち梁２２
に埋め込まれた前記シース管に通すようにしてもよい。
中間部４０のうち端部３４に隣接する一部分のみを前記
シース管に通し、残りの大部分を第２の片持ち梁２２に
埋設するようにしてもよい。前記シース管を用いる代わ
りに、線材２６について、コンクリートとの付着を断っ
たいわゆるアンボンド処理を施すこともできる。

【００３０】履歴減衰型のダンパー２６として、前記超
弾性合金製の線材に代えて、例えば通常の鉄筋用鋼材か
らなる線材を用いることができる。

【００３１】各垂直部材１４，１６は、地震によって建
物が一方向（例えば、図１で見て右方向）への水平力を
受けてフレーム１０に変形が生じるとき、フレーム１０
が規定する垂直面内において、曲げ変形をし、また、そ
の脚部のコーナー部分近傍を中心として時計方向へ回転
運動をし、傾斜する。

【００３２】このとき、図４に示すように、傾斜方向と
反対の側である一方（左方）の柱１６側では、第１およ
び第２の両片持ち梁２０，２２の重合部が互いに離れよ
うとし、これらの梁を連結している粘弾性ダンパー２４
は、第２の片持ち梁２２に固定された鋼板部材３０が両
粘弾性体３２間から突出するように移動してこれらの片
持ち梁２０，２２の相対移動を許す。

【００３３】第１および第２の両片持ち梁２０，２２の
相対移動のため、これらの梁が一体であれば該梁を介し
て互いに及ぼし合うであろう耐震壁１４および柱１６の
相互作用と、該相互作用に基づく軸力の増大、すなわ
ち、耐震壁１４の一方の側部（前記傾斜方向と反対の側
の側部）における下方向軸力４２（図９参照）および柱
１６の上方向軸力４４増大とを防止することができる。

【００３４】また、粘弾性ダンパー２４においては、鋼
板部材３０の移動時、両粘弾性体３２の変形を伴い、こ
れにより、両鋼板部材２８に対する鋼板部材３０の移動
速度に比例した減衰力が生じる。したがって、両梁の連
結手段である粘弾性ダンパー２４は、地震エネルギの吸
収に寄与する。粘弾性ダンパー２４の減衰力は、前記サ
ンドイッチ構造における層数を増大することにより増す
ことができる。

【００３５】また、図５に示すように、前記傾斜方向の
側である他方（右方）の柱１６側においては、上方に位
置する第１の片持ち梁２０の先端部がその下方に位置す
る第２の片持ち梁２２の先端部に突き当たり、これに押
圧力を及ぼす。履歴減衰型のダンパー２６である前記線
材の中間部４０は前記押圧力に抵抗しつつ伸長され、こ
れにより、前記押圧力を受ける第２の片持ち梁２２がそ
の基部端において他方の柱１６に対して下方に折れ曲が
ることを許す。

【００３６】第１の片持ち梁２０と、その押圧力を受け
ながら折れ曲がり動作をする第２の片持ち梁２２とを介
して、耐震壁１４および他方の柱１６は相互作用を及ぼ
し合う。この相互作用により、耐震壁１４の他方の側部
（前記傾斜方向側の側部）における下方向の軸力４６お
よび柱１６の上方向の軸力４８の増大が図られる（図９
参照）。

【００３７】その結果、耐震壁１４に働く上方向軸力４
６がこれに働く下方向軸力４２を上回り、耐震壁１４は
引き上げ力を受け、耐震壁１４の脚部の圧縮力が集中す
るコーナー部分５０（図９）が受ける下方向力（圧縮
力）が低減され、その損壊が防止される。

【００３８】履歴減衰型ダンパーである線材２６は、ま
た、第２の片持ち梁２２の折れ曲がりに伴って引き延ば
されるときに地震エネルギを吸収する。また、このと
き、これらの片持ち梁２０，２２を連結している粘弾性
ダンパー２４は、その鋼板部材３０が両鋼板部材２８に
対して回転運動を行うため、該回転運動に伴う地震エネ
ルギの吸収に寄与する。

【００３９】線材２６にプレストレスを導入しておくこ
とができる。これによれば、線材２６の履歴の開始点を
変更し、履歴による消費エネルギの増大を図ること、す
なわち、わずかな伸長でより大きいエネルギを吸収する
ことができる。

【００４０】前記傾斜方向の側においては、その後、傾
斜した耐震壁１４および両柱１６が元の垂直状態（図１
に示す状態）に戻るとき、第２の片持ち梁２２は、線材
２６の中間部４０の収縮動作により、折れ曲がり状態か
ら水平状態へ戻される。

【００４１】各第２の片持ち梁２２の剛性の増大を図る
ため、図示の例のように、第２の片持ち梁２２に、その
下端筋として、プレストレスが導入された複数のＰＣ鋼
棒５２（図２）を埋設しておくことが望ましい。

【００４２】速度比例減衰型のダンパー２４として、図
２、図４および図５に示す前記粘弾性ダンパーに代え
て、図６〜図８に示すような粘性ダンパーを用いること
ができる。

【００４３】図６〜図８に示す例では、第１および第２
の片持ち梁２０，２２の互いに上下に重なり合う先端部
相互間に粘性ダンパー２４の配置空間を確保するため、
両片持ち梁２０，２２がこれらの間により大きい上下方
向間隔が存するように配置され、また、第１の片持ち梁
２０はこれから第２の片持ち梁２２に向けて下方へ伸び
かつ該第２の片持ち梁２２に接する垂直部５４を有す
る。粘性ダンパー２４は斜めに配置され、両片持ち梁２
０，２２の前記相対移動を可能とすべく、その両端部が
第１および第２の両片持ち梁２０，２２の先端部にそれ
ぞれ枢着されている。

【００４４】この例によれば、図７に示すように、地震
によるフレーム１０の変形のために耐震壁１４および両
柱１６が傾くとき、一方（図６で見て左方）の柱１６の
側において、粘性ダンパー２４が、第１の片持ち梁２０
の垂直部５４が第２の片持ち梁２２から離れることを許
す。このときに伸長動作する粘性ダンパ２４は、前記粘
弾性ダンパーと同様、地震エネルギの吸収作用をもな
す。

【００４５】また、図８に示すように、他方（右方）の
柱１６の側において、第１の片持ち梁２０がその垂直部
５４において、第２の片持ち梁２２の先端部を下方に向
けて押圧し、これにより、第２の片持ち梁２２がその基
部端において折れ曲がる。このとき、他方の柱１６の側
の粘性ダンパ２４は枢動する。

【００４６】この例による他の構成、作用および効果
は、図２〜５に示す例におけると同様であり、重複を避
けるため、その説明は省略する。

【００４７】図示の例に代えて、粘性ダンパ２４を垂直
部５４と平行に配置することができる。この配置によれ
ば、他方の柱１６の側において、粘性ダンパ２４の圧縮
方向動作による地震エネルギの吸収を図ることができ
る。

【００４８】なお、地震力を受けてフレームの耐震壁１
４および両柱１６が逆向きに傾斜するときも、本発明の
耐震構造は前記したと同様の作用効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐震構造が適用されたフレームの概略
図である。

【図２】耐震構造の一部の概略を示す拡大図である。

【図３】速度比例減衰型ダンパーの一例である粘弾性ダ
ンパーを概略的に示す拡大図である。

【図４】耐震構造の動作状態を示す、一方の第２の垂直
部材側の概略図である。

【図５】耐震構造の動作状態を示す、他方の第２の垂直
部材側の概略図である。

【図６】速度比例減衰型ダンパーの他の例である粘性ダ
ンパーを有する耐震構造の拡大図である。

【図７】粘性ダンパーを有する耐震構造の動作状態を示
す、一方の第２の垂直部材側の概略図である。

【図８】粘性ダンパーを有する耐震構造の動作状態を示
す、他方の第２の垂直部材側の概略図である。

【図９】垂直部材が傾斜したときの各垂直部材に作用す
る軸力の方向と大きさとを概略的に示す図である。

【符号の説明】

１０ フレーム １２ 耐震構造 １４，１６ 第１の垂直部材（耐震壁）および第２の垂
直部材（柱） ２０，２２ 第１の片持ち梁および第２の片持ち梁 ２４，２６ 速度比例減衰型のダンパーおよび履歴減衰
型のダンパー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｆ 7/12 Ｆ１６Ｆ 7/12 15/02 15/02 Ｚ (72)発明者 吉松 賢二 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 福島 寛二 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 Ｆターム(参考） 2E001 DG01 EA01 FA01 FA02 FA03 FA24 GA12 GA63 HA06 HB02 HE01 HF16 LA01 LA10 LA11 3J048 AA06 AC05 AC06 BB04 BC09 BD08 DA04 EA38 3J066 AA01 AA21 BA03 BC05 BD10 BF09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐震壁からなる第１の垂直部材と、該第
   １の垂直部材の両側にそれぞれ位置する、柱または耐震
   壁からなる２つの第２の垂直部材とを有するフレームの
   耐震構造であって、前記第１の垂直部材に連なる第１の
   片持ち梁および各第２の垂直部材に連なる第２の片持ち
   梁であって互いに上下に部分的に重なり合う第１の片持
   ち梁および第２の片持ち梁と、前記第１の片持ち梁と前
   記第２の片持ち梁とを相対移動可能に連結する速度比例
   減衰型のダンパーおよび各第２の垂直部材と各第２の片
   持ち梁とを連結する履歴減衰型のダンパーであって各第
   ２の垂直部材に対する各第２の片持ち梁の折れ曲がりを
   許す履歴減衰型のダンパーとを含む、フレームの耐震構
   造。
2. 【請求項２】 前記履歴減衰型のダンパーは、各第２の
   片持ち梁内をその伸長方向へ伸びかつ該第２の片持ち梁
   に対して伸縮可能である部分を有する超弾性合金製の複
   数の線材からなる、請求項１に記載のフレームの耐震構
   造。
3. 【請求項３】 前記線材にプレストレスが導入されてい
   る、請求項２に記載のフレームの耐震構造。
4. 【請求項４】 前記速度比例減衰型のダンパーは粘性ダ
   ンパーからなる、請求項１ないし３のいずれか１つに記
   載のフレームの耐震構造。
5. 【請求項５】 前記速度比例減衰型のダンパーは粘弾性
   ダンパーからなる、請求項１ないし３のいずれか１つに
   記載のフレームの耐震構造。